工业废水处理教案桂林工学院

水污染控制工程（下）主讲：成官文教学要求了解其自然生物处理的主要类型，净化机理，生态系统特征。教学时数：2h六、污水的自然生物处理污水自然生物处理的回顾与前瞻污水的自然生物处理已有300多年的历史，但随着经济和社会的发展，生活污水和工业废水的水质水量发生了很大的变化，“经典式”生态系统的自然净化能力承受不了越来越沉重的污染负荷。为了解决日益严重的水环境污染问题，出现了以普通活性污泥法、生物膜法等高效的人工净化技术。但进入20世纪70年代，严重的世界能源危机，迫使人们又转向研究节省能源、资源和投资的处理方法。污水的自然生物处理作为“替代技术”之一将受到重视。在我国，国家环保局组织了“七五”、“八五”城市废水生物稳定塘技术和废水的土地处理技术攻关，使污水的自然生物处理向规范化、资源化和系统化迈进了一步。目前，我国还在人工湿地方面进行了系统研究。一、稳定塘（生物塘）1、概述稳定塘：又叫生物稳定塘（biologicalstabilizationpond），俗称氧化塘（oxidationpond）。1)工作原理：依靠自然生态系统的净化作用使污水净化。2)供氧方式：通过大气复氧和藻类的光合作用供氧，或人工曝气（曝气塘）。3)分类：按DO浓度高低分好氧稳定塘,兼性塘,厌氧塘,曝气塘。按处理程度分一级、二级和深度处理塘。按出水方式又可分连续出水塘、控制性水塘、贮存塘。4)适宜条件：要求有废河道、沼泽地、峡谷、荒地且地质条件良好的地形；要考虑气温、光照和风力。5)优缺点：工程简单，建设投资少，能耗少，成本低廉，利于农业灌溉，能实现污水资源化。但占地面积大，净化效果受季节（含光照、气温）影响，易造成地下水污染，周边环境条件较差。2、净化机理：1）生态系统的组成a.细菌：好氧菌、兼性菌、产酸菌、厌氧菌、硝化菌、光合细菌等。b.藻类：绿藻、蓝绿藻等。c.原生动物和后生动物：不同类型稳定塘数量变化较大，不宜作为指示生物。d.水生植物（耐污耐水植物）浮水植物：水葫芦、浮萍等，可作为青贮饲料，其它处理方式困难(因为含水率在95％左右，堆肥、厌氧发酵、脱水均困难)，易影响水体景观及水质，需定期打捞。沉水植物：马来眼子菜、叶状眼子菜等（需定期收割）。挺水植物：水葱、芦苇、蒲草等。e.高等水生动物：鱼、鸭、鹅等。思考题：生物塘的生态系统与活性污泥法、生物膜法有什么异同？是否什么植物均可用于生物塘？2）生态系统——菌藻共生体系及其作用。藻类在光合作用放出氧，细菌则利用藻类提供的氧降解有机污染物，其它仅起辅助作用。具体机理见P263图6-1。a、生态系统：由细菌、藻类、原生动物、后生动物、水生植物、高等水生动物组成，但悬浮生物总量不高。b、不同水层存在分区：上方因复氧、光合作用成好氧区，下部兼性区，底部（泥）厌氧区。c、表层藻类放氧：106CO2＋16NO3－＋HPO42－＋122H2O＋18H＋→C106H263O110N16P＋138O2↑d、上层异氧菌降解：C11H29O7＋14O2＋H＋→11CO2＋13H2O＋NH4＋

e、底层厌氧水解：大分子→小分子→挥发酸→甲烷。f.C、N、P的迁移与转化碳的转化：改变水体碳酸盐的缓冲平衡(p265)。氮的转化：有机氮→氨氮（少部分挥发和被生物同化）→亚硝酸氮→硝酸氮→氮气。磷的转化：进水中的磷有有机磷、聚磷酸盐和正磷酸盐(预处理沉淀约10％的不溶解性磷)→正磷酸盐、偏磷酸盐→生物和化学沉淀。由于C、N、P的转化以及日昼光合作用与否，导致水体pH变化，日间升高、夜间降低；硝化作用时降低、反硝化时升高，并引起磷酸盐(日间易于沉淀、夜间溶解)、重金属等沉淀和溶解。g.其它有害物质转化：生物降解(难降解有机物)、吸附与吸收重金属(植物)，鳌合与沉淀(底泥)。3）净化作用：a、稀释作用：在风力、水流与浓度差的作用下，与塘内污水混合。b、沉淀与絮凝作用：水力作用降低而沉淀；微生物及其分泌物与污染物质絮凝。c、好氧微生物的代谢：主要是细菌，但随负荷降低细菌作用降低。d、厌氧微生物的代谢：能经历厌氧水解，产氢产酸和产甲烷的全过程。e、浮游生物：光合作用与降解作用。f、水生植物：吸收与产氧作用。思考题：生物塘的污染降解作用与活性污泥法、生物膜法有何区别？其对污染控制工程有何影响？4）影响因素a、温度：稳定塘运行的主要影响因素之一。温度每增高10℃微生物的代谢速度将提高一倍。生物塘表面水温高，但昼夜温差大；底层温度低，但较稳定。温度影响水力停留时间。b、光照：提供能量，使藻、植物进行光合作用，对有机物的降解和藻类供氧有重要影响。c、风力：风力大且四季分布均匀，利于产生良好的水力条件，利于DO、污水的传质。d、营养比例：C、N、P、K、Fe、S等。e、进出水水质与有机负荷：浓度高和难降解有机物多（或高负荷），采用厌氧或兼氧塘；水质浓度低、出水水质要求高或低负荷，采用深度处理等。f、蒸发量与降雨量：降雨－稀释、蒸发—浓缩。g、污水的预处理：去除可沉SS和油脂；调节pH值，去除有毒有害物质。3、好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝氧塘、深度处理塘，控制出水塘（见补充材料）。

二、污水的的土地处理理系统1.概念：：在人工控控制条件下下,将污水水投配在土土地上，通通过土壤－－微生物－－植物的生生态系统，，进行物理理、化学、、物理化学学和生物化化学的净化化过程，使使污水得到到净化的一一种污水处处理工艺。。2.工作原原理：利用用土壤—微微生物—植植物生态系系统,进行行物理、化化学、物化化和生化作作用过程，，使污水得得到净化。。其中土壤壤胶体和土土壤微生物物是土壤能能够容纳、、缓冲和分分解微生物物的关键。。3.净化作作用机理物理过滤：：土壤颗粒粒孔隙的截截留。物理吸附：：黏土等硅硅酸盐类物物质具有离离子交换和和吸附作用用。物理化学吸吸附：重金金属离子与与土壤胶体体、腐植酸酸等的鳌合合作用.化学反应和和化学沉淀淀：与土壤壤中的某些些组分形成成难溶性化化合物或因因pH、Eh改变而而沉淀、挥挥发。如与与土壤中的的铁、铝、、钙、磷、、碳酸盐等等发生反应应，氨氮在在碱性条件件下挥发等等。微生物代谢谢：通过各各种微生物物的相互依依存、协同同作用，降降解各种有有机物和氮氮磷等污染染物质。植物代谢：：植物的吸吸收、降解解和蒸腾作作用。4、组成：：预处理设设备，调节节与贮存设设备，污水水输送、配配水控制系系统，土地地净化田、、净化水的的收集、利利用系统。。5、工艺a、慢速渗渗滤处理系系统：利用用草场、林林地、荒地地以及农田田、蔗地等等（土壤微微生物与植植物），不不考虑处理理水的流出出。b、快速渗渗滤处理系系统：在专专门的处理理地上间歇歇处理(利利用土壤微微生物进行行交替厌氧氧与好氧)，下设专专门回收处处理水系统统。c、地表漫漫流处理系系统：利用用缓坡草地地缓慢流动动（要求土土地渗透性性差），并并以地表径径流汇集、、排放和利利用处理水水。思考题:土土地处理与与已学的生生物处理方方法的降解解机理有何何区别.三、湿地处处理系统：：利用沼泽泽土壤的物物理化学作作用和微生生物的生物物化学作用用、以及耐耐水植物（（芦苇、香香蒲、灯心心草等）的的协同净化化作用使污污水得到净净化的一种种土地处理理工艺。a、分类：：天然湿地地，人工湿湿地和人工工潜流湿地地系统(见见附图)。。b、生态系系统：耐水水植物（芦芦苇、香蒲蒲等）、土土壤（粘土土矿物）及及其微生物物联合作用用。c、供氧：：植物光合合作用在植植物根际周周围形成““含氧区””，为好氧氧微生物供供氧(见附附图）。d、净化机机理：物理理沉降，根根际截留，，化学沉淀淀，土壤及及其微生物物、植物的的吸附吸收收与生物代代谢，阳光光及其植物物分泌物的的灭活作用用等。e、设计运运行：对天然湿地地，水深一一般0.3-0.8m，不超超过1m。。对人工湿地地：有机负负荷NA0.0018—0.011kg/m2d,Nq150-200m3/ha.d。对人工潜流流(芦苇——石料/或或水草—芦芦苇系统)，在渗滤滤和毛细管管作用下通通过过滤、、沉淀、吸吸附和微生生物作用降降解污染物物。思考题：人工湿地系系统建设和使使用过程中中应重点注意意那些环节节？教学要求：：1.了解深深度处理去去除的对象象及其相对对应的处理理方法2.初步步掌握污水水的脱氮除除磷技术教学时数:6h七、污水的的深度处理理与回用一、问题提提出经二级生物物处理后，，其出水一一般含有：：BOD30mg/L左右，，COD60mg/L左右，，NH315-25mg/L，P3-8mg/L，SS30mg/L左右右，以及细细菌、重金金属等，必必须经过处处理，否则则易导致水水体富营养养化，并对对鱼类，农农作物、淡淡水水质及及处理成本本等带来影影响。而与与此同时，，很多地方方（如淮河河以北地区区）水资源源缺乏，城城市绿化等等市政用水水成本高，，迫切需要要水的回用用与污水资资源化。所所以，污水水的深度处处理与回用用被得到重重视。思考题：为为什么对二二级生物处处理出水进进行深度处处理？二、部分深深度处理工工艺概述1、悬浮物物的去除1）颗粒粒粒径：二级级出水SS是以1um~1mm的生物物絮凝体和和未被絮凝凝的胶体物物质。一般般通过混凝凝、砂滤、、微滤和反反渗透去除除（见p293图7－1）。。2）混凝沉沉淀：通过过投加混凝凝剂，并经经快速搅拌拌混凝，慢慢速搅拌絮絮凝，使微微小颗粒和和胶体物质质脱稳而凝凝聚，成为为较大颗粒粒絮体而沉沉淀去除。。a.混凝机机理：压缩缩双电层(高价聚合合盐)、吸吸附——电电中和、吸吸附架桥、、卷扫—网网捕。b.投加药药剂：Fe、Al盐盐、聚合Fe、Al盐，聚丙丙烯酰胺等等。投加量量要通过实实验确定（为什么？？），金属盐一一般20~100mg/L，，聚合Fe、Al盐盐一般小于于50mg/L，聚聚丙烯酰胺胺5‰左右右。c.水动力力学：G值值和GT值值，一般多多级串联G值逐步减减少，90－70－－50S-1（考虑混凝凝与絮凝））。思考题：混混凝过程如如何搅拌？？为什么？？3）过滤滤技术：：通过滤滤料和滤滤膜截留留、过滤滤。a.作用用机理：：直接截截留，并并逐步形形成滤泥泥层，截截留更小小的粒子子（≤20um颗粒））。b.运行行：随着着表面截截污层变变厚，过过滤阻力力加大，，过滤水水量减少少，此时时需反冲冲洗（最最好是气气液反冲冲洗，为什么？？）。2、溶解解性有机机物去除除1）活性性碳吸附附：活性性碳具有有区大的的表面积积和细小小的孔隙隙，能吸吸附有机机物，重重金属离离子等。。活性碳分分类：粒粒状活性性碳和粉粉末活性性碳。吸附量：：在温度度一定条条件下，，发生等等温吸附附（具有有一定的的吸附容容量）。。接触方式式：多级级串联，，依次吸吸附，依依次穿透透，依次次再生。。接触时间间：15-30min。生物活性性炭2）O3氧化处理理目的任务务：对二二级处理理水进行行以回用用为目的的的处理理，力求求去除污污水中存存在的有有机物、、色度和和杀菌、、消毒。。工艺要求求：最好好砂滤（（前处理理）+臭臭氧。其其效果好好，减少少O3使用量，，提高O3效率。动力学要要求：进进行混合合反应，，加速O3与水的混混合，改改善传质质、提高高或强化化气液接接触。混混合反应应器：扩扩散板式式、喷射射式，机机械搅拌拌（类似似曝气））。3）双氧氧水作用用类似O3氧化。3、溶解解性性无无机盐的的去除危害：具具有腐蚀蚀性，易易结垢，，SO42－还原产生生H2S，造成成土地板板结和盐盐碱化。。因而出出水回用用和农用用前要求求脱盐。。脱盐技术术：反渗渗透、电电渗析、、离子交交换。a.反渗渗透：利利用半渗渗透膜，，当对高高浓度一一侧施加加高于渗渗透压的的压力时时，水分分子通过过渗透膜膜，从而而使水得得到净化化。b.电渗渗析：在在电流作作用下，，阳、阴阴离子分分别通过过阳、阴阴离子交交换膜而而在局部部富集，，使水得得到净化化，从而而脱盐。。c.离离子交换换：带离离子水经经过交换换树脂、、沸石等等时，无无机盐通通过交换换吸附反反应而被被去除。。4、污水水的消毒毒处理原因：无无论什么么工艺，，出水细细菌均会会超标，，从而带带来危害害。使用场合合：污水水农灌、、排放水水源地上上游、旅旅游景区区，以及及流行病病流行季季节。消毒方法法：液氯氯、臭氧氧、次氯氯酸钠和和紫外线线，其优优缺点及及适宜范范围见p304表7-3。1）液氯氯消毒原理：Cl2＋H2O→HOCl＋＋HCl工艺参数数：投加量：：一级20-30mg/L、、一级半半处理10-15mg/L、、二级处处理5-10mg/L。混合反应应：机械械搅拌5-15S，鼓鼓风混合合0.2m3/m3.min。水力混合合：V≥≥0.6m/s。接触时间间：30min。要求余氯氯：≥0.5mg/L（为什么么？）。2)O3消毒原理：O3→O2＋[O]，由于O3溶解度低低(仅10mg/L左左右)，，工艺要要求水深深加达5-6m，或接接触池密密闭，以以提高利利用率。。接触时间间：15min，但由由于O3有腐蚀性性，出水水必须进进行消除除处理。。3）次氯氯酸钠消消毒原理：Cl2＋2NaOH→→NaOCl+NaCl+H2ONaOCl+H2O→HOCl＋＋NaOHHOCl→OCl－+H+接触时间间：同臭臭氧法4）紫外外线消毒毒原理：紫紫外线穿穿透细胞胞壁并与与细胞质质反应而而达到消消毒目的的。方法：浸浸水式和和水面式式（高压压石英水水银灯））。照射强度度：0.19－－0.25W.s/cm2。污水深度度：0.65－－1.0m。缺点：不不能解决决消毒后后管网的的再污染染问题，，电耗大大，水中中悬浮杂杂质和色色度对紫紫外线透透射有影影响。三、脱氮氮技术1、问题题提出：：污水中中氮一般般是过量量的，经经二级生生物处理理后的出出水氨氮氮或总氮氮往往超超标,带带来较大大危害：：①导致致水体营营养化，，降低水水体DO浓度，，使水有有异味，，增加水水处理成成本；②当农灌灌时，TN超过过1mg/L，，作物因因过量吸吸收氨氮氮而疯长长，不结结果；③硝态氮氮会演变变为致癌癌物。必必需进行行污染防防治。措施或对对策：物物理化学学脱氮和和生物脱脱氮。2、氨的的吹脱去去除1）原理理：NH3+H2O→NH4++OH－。根据p307图图7-12，当当pH≥≥11时时，以NH3的形式存存在，以以曝气形形式使NH3从水中逸逸出，从从而脱氮氮。装置：脱脱除塔。。采用NaOH或石灰灰预处理理调节pH至10.5以上；；后进入入脱除塔塔，水从从上方喷喷淋，气气从塔底底进入，，气液逆逆向接触触，风扇扇排气。。设计参数数：pH≥10.5；；水力负负荷≤180m3/m2.d；气气液比≤≤2200-2300；气速速1600m/min。适宜范围围：中高高浓度的的含NH3废水。对对于城市市生活污污水和二二级城市市生活污污水处理理厂出水水采用此此法处理理后，NH3浓度仍在在数mg/L，，冬季会会超过10mg/L，，很不经经济，工工程上少少采用。。因而一一般用于于含高氨氨氮的工工业废水水处理。。思考题：：吹脱氨氨氮会带带来那些些环境问问题？3、生物物脱氮1）污水水中的含含氮化合合物有有有机氮（（蛋白质质、氨基基酸、尿尿素、胺胺类化合合物等））和氨态态氮等。。在初沉沉池前，，其形态态以前者者为主（（为什么？？）；经初初沉池水水解后以以NH4＋为主（为什么？？）。具具体反应应如下：：氨化反应应：以氨氨基酸为为例，RCHNH2COOH＋O2→RCOOH＋＋CO2＋NH32）当初初沉池出出水进入入曝气池池后，由由于C/N比高高，微生生物以异异氧菌为为主，对对有机物物进行降降解，此此时对氨氨氮的降降解以同同化代谢谢为主；；当BOD5/N＜3时开始始进行硝硝化反应应（为什么？？），第一一步由亚亚硝酸菌菌将氨氮氮(NH4＋和NH3)转化成成亚硝酸酸盐(NO2--N)；；第二步步再由硝硝酸菌将将亚硝酸酸盐氧化化成硝酸酸盐（NO3—N）。具具体反应应如下：：NH4＋＋3/2O2→NO2-＋H2O＋2H＋NO2-＋1/2O2→NO3-若考虑硝硝化细菌菌新细胞胞的合成成，则反反应式为为：55NH4＋＋76O2＋109HCO3－→C5H7NO2＋54NO2-＋57H2O＋104H2CO3400NO2-＋NH4＋＋4H2CO3＋HCO3－＋195O2→C5H7NO2＋3H2O＋400NO3-将两式合合并，得得：NH4＋＋1.83O2＋1.98HCO3－→0.02C5H7NO2＋1.04H2O＋0.98NO3-＋1.88H2CO3硝化反应应过程中中氮元素素的转化化过程如如下：NH4＋→NH2OH→NOH→(NO2.NHOH)→NO2-→NO3-NH4＋氧化为NO2-经历了3个步骤骤6个电电子变化化，这说说明亚硝硝酸菌的的酶系统统十分复复杂，而而硝酸反反应只经经历了1步和2个电子子变化，，相对简简单些。。影响生物物硝化的的因素有有：温度度、溶解解氧、pH、有有毒物质质和C/N比。。3）硝化化反应的的条件与与工艺参参数：微生物：：硝化菌菌、亚硝硝化菌、、光合细细菌。碳氮比：：C/N≤3或或=2.86（（不是书书中所提提的BOD<20mg/L.DO：根根据反应应方程式式摩尔氮氮变成NO3－，需2mol分分子氧，，即需要要O24.57g(硝硝化需氧氧量)，，在曝气气池中DO须维维持在1.5－－2.0mg/L。pH：高高硝化速速度出现现在pH=7.8-8.4，，当pH＜6或或＞9时时，硝化化反应将将停止；；生活污污水pH值稳定定，要维维持pH稳定，，必须要要有足够够的碱度度，每硝硝化1gN，需需碱度7.1g。水温（t）：适适应温度度30-35℃℃，当t<10℃以下下（准确确应是8℃以下下时），，硝化作作用迅速速降低。。泥龄（Qc）：Qc＞15d，最好好20-36d（若温温度达40℃左左右，减减少泥龄龄，10-15d左右右可实现现短程反反硝化））。回流比(R)：：R100~200%,否则则能耗大大，效果果提高也也不明显显。水力停留留时间（（HRT）：3.5~6h。。4)反硝硝化作用用(脱氮氮反应)原理：生生物反硝硝化是指指污水中中的硝态态氮NO3-－N和亚亚硝态氮氮NO2-－N，在在无氧或或低氧条条件下被被反硝化化细菌还还原成氮氮气的过过程。具具体反应应如下：：NO2-＋3H→→1/2N2＋H2O＋OH－NO3-＋5H→→1/2N2＋H2O＋OH－反硝化过过程中NO2-和NO3-的转化是是通过反反硝化细细菌的同同化作用用和异化化作用完完成的。。同化作作用是NO2-和NO3-被还原成成NH3－N，用用于新细细胞的合合成。异异化作用用是NO2-和NO3-被还原成成N2。具体生生化反应应过程见见p310图7－14。反硝化的的影响因因素有：：温度、、溶解氧氧、pH、碳源源有机物物、C/N比和和有毒物物质。a、微生生物：反反硝化细细菌（异异养菌））。b、BOD/N比：BOD/N>3。c、DO＜0.5mg/L。。d、pH值：适适宜pH为6.5－7.5，，过高过过低（＞＞8或＜＜6）都都将受到到影响。。e、温度度：适宜宜20-38℃℃，当t＜15℃明显显下降、、＜3℃℃停止。。f、HRT：由由于反硝硝化速度度快，5－10min基本完完成，30min能达达到85-90%左右右。故缺缺氧段或或反硝化化段HRT＝1－1.5h。。其它可参参见P